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Velocidade do vento

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Distribuição global da velocidade do vento a 10 m acima do solo, média ao longo dos anos 1981-2010 a partir do conjunto de dados CHELSA-BIOCLIM+ [1]

Em meteorologia, a velocidade do vento, ou velocidade do fluxo do vento, é uma quantidade atmosférica fundamental causada pelo movimento do ar de alta para baixa pressão, geralmente devido a mudanças de temperatura. A velocidade do vento agora é comumente medida com um anemômetro.

A velocidade do vento afeta a previsão do tempo, as operações aéreas e marítimas, os projetos de construção, o crescimento e a taxa de metabolismo de muitas espécies de plantas e tem inúmeras outras implicações.[2] A direção do vento é geralmente quase paralela às isóbaras (e não perpendicular, como se poderia esperar), devido à rotação da Terra.

Unidade de medida

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O metro por segundo (m/s) é a unidade SI para velocidade e a unidade recomendada pela Organização Meteorológica Mundial.[3] Desde 2010, a Organização da Aviação Civil Internacional (ICAO) também recomenda metros por segundo para relatar a velocidade do vento ao se aproximar das pistas de pouso de decolagem, substituindo a recomendação anterior de usar quilômetros por hora (km/h).[4]

Velocidade mais alta

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Um anemômetro é comumente usado para medir a velocidade do vento.

A velocidade do vento mais rápida não relacionada a tornados já registrada foi durante a passagem do ciclone Olivia em 10 de abril de 1996: uma estação meteorológica automática na Ilha Barrow, Austrália, registrou uma rajada de vento máxima de 113,3 metros por segundo (ou 408 quilômetros por hora).[5][6] A rajada de vento foi avaliada pelo Painel de Avaliação da OMM, que descobriu que o anemômetro estava mecanicamente correto e que a rajada estava dentro da probabilidade estatística e ratificou a medição em 2010. O anemômetro foi montado 10 metros acima do nível do solo (e, portanto, 64 metros acima do nível do mar). Durante o ciclone, várias rajadas extremas superiores a 83 metros por segundo (300 quilômetros por hora) foram registradas, com uma velocidade média máxima de 5 minutos de 49 metros por segundo (180 quilômetros por hora) o fator extremo de rajada foi da ordem de 2,27–2,75 vezes a velocidade média do vento. O padrão e as escalas das rajadas sugerem que um mesovórtice estava embutido na já forte parede ocular do ciclone.[5]

Atualmente, a segunda maior velocidade do vento de superfície já registrada oficialmente é 103,266 metros por segundo (ou 371,76 quilômetros por hora) no Observatório Mount Washington (New Hampshire), nos Estados Unidos, a 1.197 metros acima do nível do mar em 12 de abril de 1934, usando um anemômetro de fio quente. O anemômetro, projetado especificamente para uso no Monte Washington, foi posteriormente testado pelo National Weather Bureau dos EUA, que confirmou a sua precisão.[7]

As velocidades do vento dentro de certos fenômenos atmosféricos (como tornados) podem exceder muito esses valores, mas nunca foram medidas com precisão. A medição direta desses ventos de tornados raramente é feita, pois o vento violento destruiria os instrumentos. Um método para estimar a velocidade é usar o método Doppler on Wheels para detectar remotamente a velocidade do vento,[8] e, usando este método, o número 135 metros por segundo (490 quilômetros por hora) durante o tornado Bridge Creek–Moore de 1999 em Oklahoma, Estados Unidos, em 3 de maio de 1999 é frequentemente citado como a velocidade do vento de superfície mais alta já registrada,[9] embora outro número de 142 metros por segundo (510 quilômetros por hora) também foi cotado para o mesmo tornado.[10] Ainda outro número usado pelo Center for Severe Weather Research para essa medição é 135 ± 9 m/s (486 ± 32 km/h; 302 ± 20 mph; 262 ± 17 kn; 443 ± 30 ft/s).[11] Contudo, as velocidades medidas pelo radar Doppler não são consideradas registros oficiais.[10]

A velocidade do vento pode ser muito maior em exoplanetas. Cientistas da Universidade de Warwick determinaram em 2015 que o planeta HD 189733b tinha ventos de 2.400 metros por segundo (ou 8.600 quilômetros por hora). Num comunicado de imprensa, a universidade anunciou que os métodos utilizados para medir a velocidade do vento de HD 189733b poderiam ser usados para medir a velocidade do vento em outros exoplanetas semelhantes à Terra.[12]

Sensor de vento de ressonância acústica FT742-DM, um dos instrumentos agora usados para medir a velocidade do vento no Observatório Mount Washington

Um anemômetro é uma das ferramentas usadas para medir a velocidade do vento.[13] Ao contrário dos anemômetros tradicionais de copo e palheta, os sensores ultrassônicos de vento não possuem partes móveis e, portanto, são usados para medir a velocidade do vento em aplicações que exigem desempenho livre de manutenção, como no topo de turbinas eólicas. Como o nome sugere, os sensores ultrassônicos de vento medem a velocidade do vento usando som de alta frequência. Um anemômetro ultrassônico possui dois ou três pares de transmissores e receptores de som. O equipamento fica contra o vento e cada transmissor emite constantemente som de alta frequência para seu respectivo receptor. Os circuitos eletrônicos internos medem o tempo que o som leva para viajar de cada transmissor até o receptor correspondente. Dependendo de como o vento sopra, ele afetará alguns dos feixes sonoros mais do que outros, diminuindo ou acelerando ligeiramente. Os circuitos medem a diferença nas velocidades dos feixes e usam isso para calcular a velocidade com que o vento está soprando.[14]

Os sensores de vento por ressonância acústica são uma variante do sensor ultrassônico. Em vez de usar a medição do tempo de voo, os sensores de ressonância acústica usam ondas acústicas ressonantes dentro de uma pequena cavidade construída especificamente para realizar a medição da velocidade do vento. Construído na cavidade está um conjunto de transdutores ultrassônicos, que são usados para criar padrões de ondas estacionárias separados em frequências ultrassônicas. À medida que o vento passa pela cavidade, ocorre uma mudança nas propriedades da onda (mudança de fase). Ao medir a quantidade de mudança de fase nos sinais recebidos por cada transdutor e, em seguida, ao processar matematicamente os dados, o sensor é capaz de fornecer uma medição horizontal precisa da velocidade e direção do vento.[15]

Projeto de estruturas

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Anemômetro em um palco ao ar livre, para medir a velocidade do vento

A velocidade do vento é um fator comum no projeto de estruturas e edifícios em todo o mundo. Muitas vezes é o fator determinante na resistência lateral necessária do projeto de uma estrutura. Nos Estados Unidos, a velocidade do vento utilizada no projeto é muitas vezes referida como uma "rajada de 3 segundos", que é a maior rajada sustentada durante um período de 3 segundos, tendo uma probabilidade de ser excedida por ano de 1 em 50 (ASCE 7 -05, atualizado para ASCE 7-16).[16]

Historicamente, as velocidades do vento têm sido relatadas com uma variedade de tempos médios (como milha mais rápida, rajada de 3 segundos, 1 minuto e média horária) que os projetistas podem ter que levar em consideração. Para converter as velocidades do vento de um tempo médio para outro, foi desenvolvida a Curva de Durst que define a relação entre a velocidade máxima provável do vento média em t segundos, Vt, e a velocidade média do vento em uma hora V3600.[17]

Referências

  1. Brun, P., Zimmermann, N.E., Hari, C., Pellissier, L., Karger, D.N. (preprint): Global climate-related predictors at kilometre resolution for the past and future. Earth Syst. Sci. Data Discuss. https://doi.org/10.5194/essd-2022-212
  2. Hogan, C. Michael (2010). «Abiotic factor». In: Emily Monosson; C. Cleveland. Encyclopedia of Earth. Washington D.C.: National Council for Science and the Environment. Cópia arquivada em 8 de junho de 2013 
  3. Windspeed | Icelandic Meteorological office "The Icelandic Meteorological Office now uses the SI (Systeme Internationale d'Unites) measurement metres per second (m/s) […] other Nordic meteorological institutes have used this system for years with satisfactory results"
  4. International Civil Aviation Organization – International Standards and Recommended Practices – Units of Measurement to be Used in Air and Ground Operations – Annex 5 to the Convention on International Civil Aviation
  5. a b «Documentation and verification of the world extreme wind gust record: 113.3 m s–1 on Barrow Island, Australia, during passage of tropical cyclone Olivia» (PDF). Australian Meteorological and Oceanographic Journal 
  6. «World record wind gust». World Meteorological Association. 5 de novembro de 2015. Consultado em 12 de fevereiro de 2017. Arquivado do original em 18 de dezembro de 2023 
  7. «The story of the world record wind». Mount Washington Observatory. Consultado em 26 de janeiro de 2010 
  8. «Massive Okla. tornado had windspeed up to 200 mph». CBS News. 20 de maio de 2013. Consultado em 17 de maio de 2014 
  9. «Historical Tornadoes». National Weather Service 
  10. a b «Highest surface wind speed-Tropical Cyclone Olivia sets world record». World Record Academy. 26 de janeiro de 2010. Consultado em 17 de maio de 2014 
  11. Wurman, Joshua (2007). «Doppler On Wheels». Center for Severe Weather Research. Arquivado do original em 19 de julho de 2011 
  12. «5400mph winds discovered hurtling around planet outside solar system». warwick.ac.uk. Consultado em 8 de agosto de 2020 
  13. Koen, Joshua. «Make and Use an Anemometer to measure Wind Speed». www.ciese.org. Consultado em 18 de abril de 2018 
  14. Chris Woodford. Ultrasonic anemometers. https://www.explainthatstuff.com/anemometers.html
  15. Kapartis, Savvas (1999) "Anemometer employing standing wave normal to fluid flow and travelling wave normal to standing wave" Patente E.U.A. 5 877 416
  16. «Wind and Structures». Korea Science (em coreano). Consultado em 18 de abril de 2018 
  17. ASCE 7-05 commentary Figure C6-4, ASCE 7-10 C26.5-1